Original title: First-Principle Study of Electronic Properties of Ultrathin Layers
Translated title: First-Principle Study of Electronic Properties of Ultrathin Layers
Authors: Nezval, David ; Vázquéz, Hector (referee) ; Friák, Martin (referee) ; Bartošík, Miroslav (advisor)
Document type: Doctoral theses
Language: eng
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [eng] [cze]
Tato práce charakterizuje strukturní vlastnosti adsorbovaných atomů galia a molekul vody na grafenu. Zkoumá také změny elektronových vlastností grafenu způsobené adsorpcí jednotlivých adsorbentů. Výpočty pomocí teorie funkcionálu hustoty (DFT) jsou ideálním nástrojem pro zkoumání a vysvětlení fyzikálních a chemických procesů, které probíhají během adsorpce. Elektronové vlastnosti jsou studovány pomocí výpočtů pásové struktury a Baderovy analýzy náboje. Nedávná experimentální zjištění odhalila, že při nízké koncentraci atomy Ga dopují grafen elektrony (n-dopování). Tento dopovací efekt se snižuje při vyšších koncentracích Ga atomů, kdy dochází ke tvorbě klastrů. Tato práce představuje adsorpci jednotlivých atomů Ga a klastrů tvořených více atomy Ga. Zatímco jednotlivé atomy n-dopují grafen 0,64 elektrony, atomy vázané v klastrech na sebe vzájemně působí, a tím oslabují dopování grafenu. Tvorba klastrů je zásadně ovlivněna difuzí atomů Ga po povrchu grafenu. Proto je část práce věnována výpočtům energie difuzní bariéry a tomu, jak může být tato bariéra ovlivněna nabitím grafenu. Experimentální pozorování ukazují, že u grafenu jež je vystaven působení molekul vody, dochází k dopování kladnými nosiči náboje (p-dopování). Tato pozorování však nebyla podpořena výpočty DFT. Tato práce zkoumá vliv vícevrstvé vody na elektronové vlastnosti grafenu. Pozornost byla věnována ovlivňování dopování grafenu v závislosti na orientaci molekul vody v první vrstvě nejblíže grafenu. Prezentované výsledky ukazují p-dopování grafenu, když je 6 nebo více vrstev vody orientováno kyslíkem ke grafenu. This work characterizes the structural properties of adsorbed gallium atoms and water molecules on graphene. It also investigates the changes in the electronic properties of graphene caused by the adsorption of each adsorbent. The density functional theory (DFT) calculations are the perfect tool to investigate and explain the physical and chemical processes that occur during adsorption. The electronic properties are studied using band structure calculations and the Bader charge analysis. Recent experimental findings have revealed that in low concentration the Ga atoms negatively dope (n-doping) graphene. This doping effect is reduced at higher Ga concentrations when the clustering of Ga atoms occurs. This work presents the adsorption of individual Ga atoms and the Ga clusters. While single atoms n-dopes graphene with 0.64 electrons, atoms bound in clusters interact with each other and thus weaken the doping of graphene. Cluster formation is fundamentally affected by the diffusion of Ga atoms over graphene. Therefore, a section is devoted here to calculations of the diffusion barrier energy and how this barrier can be affected by the charging of graphene. The experimental observations indicate positive doping (p-doping) of graphene exposed to water molecules. However, these observations were not supported by DFT calculations. This thesis investigates the effect of multilayer water on the electronic properties of graphene. Attention has been paid to the influence of the water molecule orientation in the first layer toward graphene on its doping properties. The presented results show p-doping of graphene when 6 or more layers of water are oriented by oxygen to graphene.
Keywords: adsorpce; elektronové vlastnosti; gallium; grafen; Teorie funkcionálu hustoty; voda; adsorption; Density functional theory; electronic properties; gallium; graphene; water

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: https://hdl.handle.net/11012/249175

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-620416


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Doctoral theses